摘 要
在工业上，自动控制系统有着广泛的应用，如工业自动化机床控制、计算机系统、机器人等。其中工业机器人是相对较新的机械电子设备，它在现代化工业生产中正扮演着越来越重要的角色。
全自动化工业机械手有能模仿人手和手臂的某些动作功能，用固定程序搬运，抓取物体或操作工具的自动操作装置，机械手主要由手部和运动机构组成。按照搬运或者抓去的物件形状、尺寸、重量、材料和作业环境等的要求的不同，手部有几种结构形式，吸附型，托持型和夹持型等。运动机构的功能是使手部完成各种动作：移动、转动等运动来实现规定的动作。机构的伸缩、升降和旋转等运动方式，称为机械手的自由度。本设计选用三自由度直角坐标型工业机器人，其工作方向为四个直线方向，是通过滚珠丝杠来实现小臂与大臂的伸缩，升降。而这些动作都是通过在步进电机的带动下进行。在控制器的作用下，它将执行将工件从一条流水线抓取并运送到另一条流水线这一简单的动作。
本篇论文主要对机械手的传动部分滚珠丝杠与步进电机进行了计算，计算内容主要包括工业机器人的传动机构的设计，以及其机械传动装置的选择。另外对控制部分的描述主要有单片机的控制方案，接线原理图以及程序流程图等。
关键词：三自由度，直角坐标，工业机器人
ABSTRACT
Industrially, automatic control systems have a wide range of applications, such as automation machine tool control, computer systems, robotics. The industrial robot is a relatively new machinery and electronic equipment in the modern industry, it is playing a more and moreimportant role.
Fully automated industrial machinery hand can imitate hand and arm some action function, with fixed procedures handling, grasping an object or operation tool for automatic operation device, the manipulator is mainly composed of a hand and the movement mechanism. According to the transporting or catch to object shape, size, weight, materials and working environment of the different requirements, hand there are several structure forms, adsorption, supporting and clamping type. Motion mechanism is the function of the hand to complete a variety of actions: moving, rotating movement to achieve the required action. Body stretching, lifting and rotating movement, known as the degrees of freedom manipulator. The design of three degree of freedom industrial robot in Cartesian coordinate type, which is composed of four linear direction, through ball screw to realize small arm and the arm stretching, lifting. These movements are all based on the stepper motor driven by. Under the action of the controller, it will perform a workpiece from one production line to crawl and transported to another line of this simple action.
This paper focuses on the manipulator drive portion of the ball screw and the stepping motor were calculated, calculate the content mainly includes industrial robot design of the transmission mechanism, and the mechanical transmission device selection. In addition to the control part of the description there are single-chip microcomputer control scheme, the wiring diagram and the program flow diagram.
Key words ：three degrees of freedom, Cartesian coordinates , industrial robot
目 录
1 绪论 1
1.1 装配机械手的概述 1
1.2 国内外研究现状与发展趋势 1
2 工业机器人的总体设计 2
2.1 工业机器人的组成及各部分关系概述 2
2.2 工业机器人的设计分析 3
2.2.1设计要求 3
2.2.2总体方案拟定 3
2.2.3工业机器人的主要技术参数 4
2.3 控制系统的设计分析 5
3 工业机的机械系统设计 6
3.1 工业机器人的运动系统分析 6
3.2 工业机器人的执行机构设计 6
3.2.1末端执行机构设计 6
3.2.2气缸的确定 9
3.2.3手臂机构的计算设计 13
3.2.4 基座的计算设计 20
3.3 工业机器人的机械传动装置的选择 26
3.3.1联轴器的选择 26
3.3.2滚珠丝杠的选择 27
4 机械手的单片机控制系统设计 28
4.1 机械手单片机控制方案 28
4.1.1控制系统的控制原理及控制要求 28
4.1.2机械手的工作流程 29
4.1.3驱动器的选择 32
4.2 机械手单片机接线原理图的设计 32
4.2.1电源电路 32
4.2.2 时钟电路 33
4.2.3 复位电路 33
4.2.4 接线原理图 34
4.3 机械手单片机程序流程图的设计 34
4.4 汇编语言的设计 39
5 结论 42
1 绪论
1.1 装配机械手的概述
机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重 要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。 机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械手和自动化的有机结合。在机械行业中它可以用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，装配机械手以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可 以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行 各种操作。它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。
本课题主要应用于生产加工生产线，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。通过对机械电子工程（机电一体化方向）专业大学本科的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控机床送料机械手设计，能够比较好地体现机械电子工程（机电一体化方向）专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。
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